Konveksi mantel adalah proses dimana panas dari inti bumi dipindahkan ke atas ke permukaan. Diperkirakan bahwa pemanasan mantel oleh inti menciptakan sel-sel konveksi di mana bahan mantel panas naik, mendingin saat berjalan, menuju kerak sampai mencapai bahan yang kurang padat, pada titik mana ia menyebar kemudian turun. Proses serupa dapat diamati pada cairan apa pun di atas permukaan yang panas atau hangat — misalnya, atmosfer. Konveksi mantel diasumsikan bertanggung jawab atas tektonik lempeng dan pergeseran benua serta vulkanisme.
Bumi terdiri dari tiga lapisan utama: inti, mantel, dan kerak. Inti diperkirakan sebagian besar terdiri dari besi dan nikel, tetapi dengan proporsi unsur radioaktif yang tinggi; peluruhan unsur-unsur ini, bersama dengan panas yang tersisa dari pembentukan Bumi, menjaga inti pada suhu tinggi — diperkirakan antara 5,432 dan 10,832 °F (3,000 dan 6,000 °C.) Di atas inti terdapat mantel, sebuah lapisan dari bahan silikat logam panas setebal 1,800 mil (2,900 km), dianggap pada dasarnya cair di bagian atasnya, tetapi mungkin padat di bagian bawah. Lapisan paling atas adalah kerak, lapisan padat dari bahan kurang padat yang mengapung di mantel. Ini terdiri dari kerak samudera — dasar laut — setebal 4-7 mil (6-11 km) dan kerak benua, setebal 19 mil (30 km).
Kerak bumi terpecah menjadi lempeng-lempeng benua, yang sepanjang sejarah geologis perlahan-lahan bergerak relatif satu sama lain, terbelah dan bergabung bersama, mungkin di bawah pengaruh proses konveksi di dalam mantel. Diperkirakan bahwa di mana bahan mantel naik mendekati kerak, gerakan menyebar ke luar menyebabkan bagian kerak di kedua sisi bergerak terpisah. Samudra Atlantik diperkirakan telah terbentuk dengan cara ini dan prosesnya berlanjut hingga hari ini, dengan kerak samudra baru yang dibentuk oleh material mantel di sepanjang Punggungan Atlantik Tengah. Ada juga sejumlah “titik panas” di mana material mantel membentuk daratan baru di permukaan — misalnya, Islandia dan Hawaii. Di beberapa daerah — seperti pantai barat Amerika Selatan — bagian kerak samudera dapat meluncur di bawah kerak benua dan turun jauh ke dalam mantel; ini dikenal sebagai zona subduksi.
Sementara pergerakan lempeng tektonik sudah mapan dan didukung oleh bukti yang dapat diamati, proses yang terjadi di dalam mantel bumi yang mendorong tektonik tidak dapat diselidiki secara langsung. Tampaknya sangat mungkin bahwa proses konveksi sedang bekerja di sana, tetapi sifat pastinya masih belum jelas. Penyelidikan konveksi mantel harus menggunakan metode tidak langsung, seperti perilaku gelombang seismik dan analisis kimia bahan mantel yang telah diekstrusi di permukaan melalui aktivitas vulkanik. Sampel bahan mantel yang diambil dari lokasi yang berbeda telah ditemukan berbeda secara kimiawi satu sama lain. Ini tampaknya bertentangan dengan model teoretis di mana konveksi terjadi melalui seluruh kedalaman mantel karena hal ini akan menyebabkan pencampuran material yang menyeluruh, menghasilkan magma yang homogen secara kimiawi.
Sebuah teori konveksi mantel harus menjelaskan komposisi kimia variabel bahan mantel sementara setuju dengan pengamatan lain, dan kendala fisik, untuk struktur mantel itu. Dalam beberapa model, ada lapisan yang berbeda, dengan konveksi terjadi di lapisan atas, dan gumpalan material naik dari lapisan bawah. Yang lain melibatkan “gumpalan” material kuno dan dalam yang mengambang di mantel atas. Pencampuran yang tidak sempurna antara kerak samudera yang tersubduksi dengan material mantel juga dapat berperan. Konveksi mantel adalah bidang penelitian aktif dan, pada 2011, tidak ada konsensus tentang detail prosesnya.